БАЛІСТИЧНИЙ ОБЧИСЛЮВАЧ НА БАЗІ ПЛІС - Наукові конференції
Головна
UA RU EN

Вас вітає Інтернет конференція!

Вітаємо на нашому сайті

Рік заснування видання - 2011

БАЛІСТИЧНИЙ ОБЧИСЛЮВАЧ НА БАЗІ ПЛІС

19.10.2022 20:50

[1. Інформаційні системи і технології]

Автор: Ковальов Микола Олександрович, кандидат технічних наук, Національний технічний уні-верситет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», м. Київ


Перспективні бортові обчислювальні системи (БОС), зокрема, балістичні обчислювачі (БО), передбачають реалізацію на сучасній елементній базі. Основне призначення БО - рішення задачі зустрічі (РЗЗ). Його реалізація чисельним інтегруванням системи диференціальних рівнянь (СДР) зовнішньої балістики [1] якісно моделює фізику процесу польоту снаряда до цілі, підвищуючи ймовірність її ураження, і на відміну від табличного способу є універсальним. Донедавна він широко не застосовувався через недостатню швидкодію БОС. ПЛІС (програмовані логічні інтегральні схеми) завдяки своїм архітектурним особливостям, пов'язаним з великим ступенем інтеграції функціональних елементів, високою швидкодією, ефективною реалізацією паралелізму, властивого задачі, розглядаються оптимальною елементною базою для синтезу БО. У порівнянні, наприклад, з одноплатними промисловими комп'ютерами або цифровими сигнальними процесорами ПЛІС можуть забезпечити високі характеристики швидкодії, енергоспоживання та ін. [2-4]. Тому метою дослідження є побудова й вивчення інтегральних реалізацій моделі БО.

Вихідна СДР зовнішньої балістики не містить гіпертрансцендентних функцій у правих частинах. Тому її можна привести до еквівалентної породжувальної системи рівнянь Шеннона, що містить тільки мультиплікативні та адитивні операції (1). Сучасні покоління ПЛІС типу FPGA містять велику кількість вбудованих помножувачів (Embedded Multiplier, DSP blocks), що дозволяють ефективно реалізувати подібні операції.





На основі (1) можна побудувати паралельну екстраполяційну цифрову інтегруючу структуру (ЦІС) (рис. 1), що реалізує чисельне інтегрування за Стілтьєсом [5], використовуючи доволі точні формули інтегрування квадратичних парабол. Маючи оптимальне співвідношення між точністю, швидкодією та апаратною складністю, вона й складе основу моделі БО. Порівняння результатів РЗЗ БО з табличними даними, отриманими на випробуваннях артилерійських установок (АУ), показує розбіжність в кутах їх наведення в межах всього 1 хв. 

На базі ПЛІС типу FPGA (field-programmable gate array) Stratix II з використанням систем автоматизованого проектування Intel Quartus Prime і ModelSim був синтезований БО, основу якого становить запропонована ЦІС (рис. 1). Опис схем виконано мовою VHDL. За рахунок конвеєризації обчислень БО проводить РЗЗ одночасно і незалежно для керування кількома АУ. У табл. 1 наведені основні технічні характеристики БО, реалізованого на базі ПЛІС.






Рис. 1. Структура ЦІС: ЦІ – цифрові інтегратори; Е – екстраполяційні блоки; F – арифметичні блоки раціональних обчислень

Табл. 1 – Технічні характеристики інтегральної реалізації БО






Необхідно зазначити наступне:

- апаратні витрати на реалізацію БО не вичерпують ресурсомісткості мікросхеми (МС) FPGA. Тому можливе використання більш бюджетної МС або реалізація більше одного БО в межах однієї МС для управління багатьма АУ;

- при частоті тактування 66,6 МГц (наприклад, від шин Compact PCI або PC/104+) БО може забезпечити темп РЗЗ до 2,5 КГц для декількох АУ одночасно і незалежно;

- реалізований БО має незначні параметри енергоспоживання, а для використовуваної МС FPGA достатньо пасивного охолодження.

Також проведено порівняння деяких інтегральних та програмної реалізацій моделі БО (створена на базі бібліотеки TPL (Task Parallel Library) платформи Microsoft .NET Framework 4). У табл. 2 наведено тривалість РЗЗ Tmin, максимальні частоти тактування fmax, потужності енергоспоживання Pmax і вартості МС цих реалізацій.

Табл. 2 – Порівняння реалізацій моделі БО






Вочевидь, що швидкодія апаратних рішень подібних задач на базі FPGA і ASIC майже на порядок перевершує швидкодію їх програмних рішень. Враховуючи також енергоспоживання, масогабаритні та вартісні параметри інтегральні, обчислення у реальному масштабі часу доцільно реалізовувати у бюджетних МС FPGA.

Таким чином, запропонована реалізація БО на базі ПЛІС може забезпечити перспективні вимоги до темпу РЗЗ (не менше 1 КГц); керування багатьма АУ незалежно та одночасно; низьку вартість; компактність та мобільність на рівні стандартів формату PC/104 або Compact PCI; невелике енергоспоживання; скорочення витрат на створення нових або модернізацію існуючих БОС, що матимуть високі тактико-технічні та техніко-економічні показники.

Література

1. И. А. Козлитин. Математическая модель движения вращающегося снаряда // Математическое моделирование. – 2020. – том 32, № 5. – С. 126–142.

2. Vestias Mario, Neto Horacio. Trends of CPU, GPU and FPGA for high-performance computing // Field Programmable Logic and Applications (FPL), 2014 24th International Conference on, 2-4 Sept. 2014, Munich, Germany. – P. 1-6.

3. Chey Shuai, Liz Jie, W. Sheaffery Jeremy, Skadrony Kevin, Lach John. Accelerating Compute-Intensive Applications with GPUs and FPGAs // Application Specific Processors SASP 2008. Symposium on, 8-9 June 2008, Anaheim, CA. – P. 101-107.

4. Пат. 91258 UA Україна, МПК6G06F 7/60, G06F 7/64, G06F 7/57. Цифровий інтегро-арифметичний пристрій / Жуков І.А., Ковальов М.О., Кубицький В.І. – u 2014 01106; заявл. 06.02.2014; опубл. 25.06.2014, Бюл. № 12. — 10 с.

5. Беспалов Д.А., Гузик В.Ф. Некоторые аспекты разработки современных цифровых интегрирующих вычислительных систем // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 3. – С. 6-16.




Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Інші наукові праці даної секції

Конференції

Конференції 2024

Конференції 2023

Конференції 2022

Конференції 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення